介紹

比特幣 MEV（礦工可提取價值）的概念早在2013儘管相對於以太坊上的MEV而言，比特幣生態系統相對較為年輕，但隨著BRC-20、Ordinals、Runes等元協議的引入，未來它承諾將帶來更多的可編程性、表達能力和MEV機會。

本報告將分析比特幣上MEV日益增加的複雜性，並評估其對更廣泛生態系統的影響。

為什麼越來越多人關注比特幣最大可提取價值(MEV)？

在引入 Ordinals 之前，比特幣上的 MEV 沒有被廣泛認可和重視，重點放在閃電網絡和側鏈挖礦攻擊上。然而，Taproot 升級帶來了更多的表達性和可編程性，使得像 Ordinals 和 Runes 這樣的元協議的推出將 MEV 的問題置於前沿。比特幣的 10 分鐘區塊時間也加劇了這個問題，使得缺乏經驗的用戶更容易成為各種形式的 MEV 攻擊（如在銘刻市場競標時的手續費竊取）的受害者。隨著區塊獎勵的下降，礦工的盈利能力受到損害，驅使礦工專注於最大化交易手續費，這可能解釋了 MEV 活動的增加。

下面的圖表顯示了在高度期待的 Ordinals and Runes 發布前後，費用相對於區塊獎勵的激增，有一段時間甚至佔了總比特幣採礦收入份額的60%以上。

來源：Dune分析（@data_always），交易費用份額占挖礦獎勵的百分比，數據截至2024年7月22日

迄今為止，我們已經看到越來越多的BTCFi應用和發展，將比特幣的地位從僅僅是數字黃金/支付網絡轉變為一個蓬勃發展的生態系統，其實用性快速增長。這可能會為比特幣帶來更多MEV機會。

比特幣與以太坊上的MEV之間的差異

比特幣上關於MEV的有限討論可以歸因於比特幣和以太坊之間截然不同的架構設計。

建築設計

以太坊在以太坊虛擬機(EVM)上運作，能夠執行智能合約，通過維護全球狀態機實現了可編程性。

以太坊採用帳戶模型，通過管理交易nonce來按順序運行交易。這意味著交易的順序可能會影響它們的執行結果，從而產生問題，使搜尋者能夠輕易識別MEV機會並在用戶交易之前或之後插入其交易。例如，如果愛麗絲和鮑勃都提交交易到Uniswap以將1 ETH換成USDT，區塊中先執行的交易將獲得更多的USDT。

相比之下，比特幣運行的Script語言不像以太坊那樣具有狀態，而是採用了UTXO模型。如果只是標準比特幣轉帳，只有預期的收款人可以通過有效的簽名花費輸出，這不會導致其他用戶競爭花費資金。然而，在比特幣上，也可能構建可以通過腳本或SIGHASH解鎖的UTXO，確認的交易首先可以花費UTXO。然而，由於每個UTXO的解鎖條件僅與UTXO本身有關，並不依賴於其他UTXO，因此競爭條件僅限於該UTXO。

比特幣上的替代幣

除了上述設計上的基本差異之外，引入比特幣以外的有價資產還為礦工提供了可提取價值（MEV）的激勵。這些情況下產生的MEV，本質上是協議設計師在試圖使用腳本+UTXO（比特幣的原生數據結構）在比特幣上建立新的資產類別和鏈上行為時，指定資產所有權和鏈上操作合法性的順序。根據順序定義事件，存在競爭順序的激勵，因此產生了MEV。

在不考慮其他資產的情況下，理性的礦工只會根據交易費用打包合法的交易，並根據交易量收取費用。然而，如果比特幣交易代表的不僅僅是標準轉帳，例如鑄造一個新的有價資產（如符文等），礦工可能會採取超出考慮比特幣交易費用的各種策略：1）審查交易並用自己的鑄幣交易替換它；2）向用戶（鏈上、鏈下或側鏈支付）要求更高的費用；3）讓多個用戶互相競價，導致費用戰。

鑄造

一個直接的例子是像Runes或BRC20這樣的資產的鑄幣過程，通常會設定鑄造資產的最大限制。第一筆確認的鑄幣交易被認為是成功的，而其他交易被視為無效。因此，在這種情況下，交易的順序變得至關重要，並提供了通過交易排序的MEV機會。

此外，Ordinals引入的稀有聖托希提斯概念甚至引起了礦工可能引起的擔憂區塊重新組織在減半期間競爭高價值稀有的聰。

權益质押

除了鑄幣之外，像巴比倫這樣的權益證明協議也會在每個階段設定賭注的資產上限。即使用戶超出了上限，他們仍然可以構造並發送比特幣到賭注鎖定腳本，但這將不再被視為成功的賭注，也不會有資格獲得未來的獎勵。換句話說，賭注交易的排序也至關重要。

例如，在巴比倫主網上線後不久，1k比特幣的第一階段貨幣鎖定上限已達到，導致約300比特幣溢出，需要解除綁定。

在巴比倫主網上線時，手續費率超過了1k sats/vBytes，資料來源：Mempool.space

除了鏈上鑄造/雕刻資產和質押之外，側鏈或匯總上的一些活動也受到MEV的影響。我們將在「比特幣上的MEV事件」部分中提供更多範例。

什麼是比特幣MEV？

那麼，在比特幣上究竟可以被視為最大可提取價值(MEV)嗎？畢竟，定義最大可提取價值(MEV) 變化在不同的情況下。

一般而言，在比特幣上的MEV是指礦工可以操縱區塊創建過程以獲取最大利潤的各種方式。我們可以大致分為以下幾類:

• 支付额外费用的用户：用户可以通过链下交易加速服务来加快交易速度，这通常是昂贵的，因为用户可以获得交易优先权。交易者也可以通过RBF（Replace-by-Fee）和CPFP（Child Pays for Parent）等机制向矿工提供更高的费用，以使交易得到优先处理并实现更快的确认时间。低费率和低费用的交易往往面临较长的确认时间，因为以盈利为目的的矿工会优先处理盈利性高的交易以加入区块。
• 用戶礦工勾結：用戶和礦工勾結以審查或包含具有特定意義的某些交易。例如，惡意用戶和礦工勾結，審查並排除閃電網絡上的處罰交易，以非法獲取通道內的資產。其他新系統，如BitVM及其處罰交易，也面臨著這樣的風險。
• 比特幣礦工在側鏈 / L2 上進行挖掘：這包括各種早期...合併挖礦方案，其中礦工在比特幣上重複使用計算能力以保護另一個網路。通過合併挖礦，它可能會促進礦工的集中化，因為大型礦工可能會利用他們在主鏈上的計算能力來影響L2區塊的生產、排序等，從而獲得過多的L2挖礦獎勵，並潛在影響L2網路安全。

一種偏向公開市場的費用競標方法（例如RBF），對整個經濟體系起著相對積極的作用，促進了自由市場經濟。然而，當用戶與礦池進行節外支付時，無疑對網絡的去中心化和抗審查性構成威脅，這被標籤為“最大可提取價值(MEV)邪惡”。

比特幣MEV的示例

根據所提到的分類，我們可以觀察到幾種最大可提取價值(MEV)的情況。

非標準交易

比特幣核心軟體僅允許節點處理標準交易，直至 100 千伏然而，採礦池仍然將高費用的非標準交易納入區塊中，這往往會排擠其他低費用的交易。

一些典型的例子包括:

• 776,884區塊：由Terra礦池開採，該區塊包含一筆大小為849.93 kvB的銘刻交易。這個銘刻是一段長1分鐘的MP4視頻，內容是一隻青蛙拿著一杯飲料，挖礦者因此獲得了0.5比特幣的手續費。
• 區塊777,945: 包含一個尺寸為4000 x 5999像素，大小為975.44 kvB的WEBP圖像，礦工通過手續費獲得了0.75比特幣。
• 另一個區塊，786,501，收到了約0.5比特幣的費用，用於在比特幣雜誌封面上刻上一張朱利安·阿桑奇（Julian Assange）的JPEG圖像，佔用了992.44 kvB。

默認情況下，比特幣核心節點只允許中繼標準交易。因此，非標準交易必須直接通過私人記憶池提交給礦池。私人記憶池允許礦池接受非標準交易並優先處理用戶的交易。儘管這可以加快交易處理速度，但更多交易轉移到私人記憶池可能導致礦池集中化增加和審查風險加劇。顯然，一些礦池已經利用私人記憶池經營的盈利能力。

例如，Marathon Digital推出了“Slipstream”，這是一種直接交易提交服務，允許客戶提交複雜和非標準交易。

側鏈 / L2 上的 MEV 事件

Stacks側鏈使用獨特的共識機制，即轉移證明（PoX），它允許比特幣礦工挖掘Stacks區塊並在比特幣區塊鏈上結算交易，同時獲得STX獎勵。

在過去，Stacks採用了一種簡單的礦工選舉制度，其中具有較高哈希率的比特幣礦工更有可能挖掘stacks區塊，從而審查其他礦工的承諾交易，從而獲得所有獎勵。如果更多礦工採用了這種策略，未來的Stackers可能會受到影響次優產量。

對生態系統的影響：

1. 通過排除其他誠實礦工的承諾，最終傳遞給堆疊者的獎勵將減少。

2. 如果大型礦工繼續濫用其計算能力並排除誠實礦工的承諾，可能導致集中化問題，使少數礦工獲得全部獎勵。

然而，這個問題將通過Stacks Nakamoto升級得到緩解，該升級將使這種策略再次不具備盈利能力。這次升級將從簡單的礦工選舉轉向使用sortition算法並採用Assumed Total Commitment with Carryforward（ATC-C）技術，以減少MEV挖掘的盈利能力。礦工需要在最後10個區塊中展示持續參與，才有資格進行sortition。在最近的10個區塊中，如果一個礦工沒有挖掘至少5個區塊，將被取消獲得任何Stacks獎勵的資格。通過ATC-C，礦工贏得Stacks區塊的概率現在等於礦工的BTC支出除以最近10個區塊中的中位數總BTC承諾。這減少了礦工通過排除其他礦工的區塊承諾來獲得不成比例的好處的激勵。

競標替代資產交易

與 Ordinals 和 Runes 等替代資產相關的 MEV 可分為前面提到的兩種類型：

• 挖礦池提取額外價值: 挖礦池可以通過將比特幣序數或罕見的聖托西斯包含在區塊和交易中獲取額外價值。
• 費用狙擊交易：交易者可以出價將與這些替代資產相關的交易包含在區塊中。

對於礦池來說，Runes 的初期成功為他們提供了額外的利潤來源。例如，在減半事件期間，Runes 的高度期待的推出導致了歷史性的比特幣減半區塊中創下了空前的網絡交易量和費用，因為許多用戶競相要求將他們的交易納入該區塊。減半後，交易費飆升至每字節超過 1,500 sat（比減半前的不到 100 sat 每字節高出許多）。ViaBTC 抓住了這一飆升，挖出了與 Runes 推出同時的減半區塊，從第 840,000 區塊中賺取了 40.75 BTC 的利潤，其中 37.6 BTC 來自 Runes 相關的交易費。由於區塊獎勵現已減半，Runes 的交易費已被證明是礦工們的獲利來源。

資料來源: Mempool.space

來源：Mempool.space

對於交易者來說，使用符文和序數進行的比特幣交易使用SIGHASH_SINGLE | SIGHASH_ANYONECANPAY來進行PSBT（部分簽名比特幣交易），這允許只有一個已簽名的輸入對應一個輸出。結合記憶池的透明度，這使得許多買家可以發現潛在的有利可圖的交易。因此，交易者經常使用RBF和CPFP來引發競爭性手續費戰爭，從而使礦工能夠從這種需求中獲得MEV。例如，當賣家列出他們的資產供出售時，買家可以提交出價並使用RBF來增加交易費用，以應對競爭對手，希望他們的交易得到確認。

交易員之間這種競爭的典型例子是ID為2ffed299689951801a68b5791f261225b24c8249586ba65a738ec403ba811f0d的交易。在賣方列出其資產後，此交易被使用RBF重複取代，使用的手續費率分別為238、280、298和355 sat/vB。

來源：Mempool.space

另一個例子涉及 Magic Eden 平台上的 OrdiBots 鑄幣過程。幾個用戶成為交易池前置攻擊的受害者。OrdiBots 在 Magic Eden 上的鑄幣銘文使用了 PSBT。PSBT 和 10 分鐘的比特幣區塊間隔的存在使得任何潛在買家都可以通過引入不同的地址、簽名，只需支付更高的手續費來競爭相同的交易。這導致一些白名單用戶由於受到前置機器人的干擾而無法鑄幣。（團隊後來道歉並承諾以定制的 OrdiBots 賠償受影響的用戶。）

然而，并非所有與MEV相關的技術或事件都對用戶有害。在某些情況下，MEV技術也可以保護用戶資產免受損失。例如，如果沒有RBF，錯誤交易無法salvaged，並且卡住的交易可能會長時間處於不確定狀態，從而導致機會成本。此外，運行RBF有利於比特幣的網路安全。由於區塊補貼預計將在未來相對於交易費用減少，交易費用將在激勵礦工繼續參與比特幣網路方面發揮關鍵作用。比特幣開發者彼得·托德（Peter Todd）也一直直言不諱地表示RBF的好處並建議礦工運行完整的RBF。

促成比特幣上的最大可提取價值(MEV)的關鍵技術組件

那麼，是什麼支持這些MEV機會的比特幣的關鍵技術組件或方法？通常涉及的技術領域包括mempools、RBF（Replace-by-Fee）、CPFP（Child Pays for Parent）、挖礦池加速服務和挖礦池協議。

Mempool

與以太坊和其他典型的區塊鏈網絡類似，比特幣也具有交易池結構，用於存儲已被P2P節點接收但尚未包含在區塊中的交易。mempool的透明和去中心化特性允許所有交易傳播給礦工，為MEV機會提供了有利的環境。

然而，與以太坊的 gas 機制不同，比特幣的手續費僅與交易大小有關。因此，比特幣的交易池可以被視為更直接的區塊空間拍賣市場，人們可以觀察哪些用戶正在競標下一個區塊，以及價格是多少。

因為不同節點從P2P傳播收到不同的交易，所以每個節點都有不同的交易記憶池。此外，每個節點都可以主動自定義自己的轉發策略（交易記憶池策略），定義它想要接收和轉發的交易。礦池也可以根據自己的偏好選擇要包含在區塊中的交易（儘管從經濟上講，他們會優先考慮高手續費的交易）。例如，比特幣結節點過濾掉任何Ordinals交易，而Marathon Mining在探索者中創建了一個像素風格的標誌。

區塊836361（像素顏色顯示費率），來源：mempool.space

因此，用戶可能會考慮直接將交易發送給特定的礦工或礦池，以加快交易的納入速度，但這種做法可能會損害比特幣社區高度重視的兩個關鍵特性：隱私和防止審查的能力。

透過P2P節點傳播交易，而不是直接發送（例如，通過RPC端點）給礦工或礦池，有助於掩蓋交易的來源，使礦工和礦池更難基於識別信息對交易進行審查。

除了使用交易加速服務外，用戶還可以選擇通過RBF和CPFP加速他們的交易。

RBF和CPFP

Replace-by-Fee ( RBF） 和子女支付父母費用 （CPFP） 是使用者通常用來提高事務優先順序的方法。

RBF（替換付款）允許替換交易池中的未確認交易，用與其衝突的另一筆交易（同樣引用至少一個相同的輸入），但支付更高的費率和總體更高的費用。與之前討論的交易池策略類似，RBF可以以多種方式實現。最常見的實現方式是可選RBF（選擇性RBF），由Gate設計。BIP125，在其中只有特殊標記的交易可以被替換。另一種方法是完全RBF，即無論是否有標記，都可以替換交易。

CPFP（子支付父母）使用了一种不同的方法来加快交易确认。与RBF中替换陷入内存池的交易不同，接收者可以通过发送一个使用较高费率的挂起父交易中的UTXO的子交易来加速挂起的父交易。这可能激励矿工将这些交易批量放在下一个区块中。因此，在某个时刻的高费率下，您可能会看到包含非常低费用的交易被包含在一个区块中；这些交易很可能在使用CPFP（因为后续交易支付费用）。

該交易使用CPFP，以讓具有低費率（7.01 sat/VB）的父交易得以確認。來源：mempool.space

RBF和CPFP的主要區別在於RBF允許發件人用費率更高的交易替換待定交易，而CPFP允許接收方通過用費率更高的子交易來加速待定交易。CPFP也適用於需要從閃電網絡退出的交易（例如，錨定輸出就費用而言，RBF相對來說更具成本優勢，因為它不需要額外的區塊空間。

離線費用支付和礦池加速服務

除了像RBF(Replace-by-Fee)和CPFP(Child Pays for Parent)這樣的方法，用戶還可以選擇使用帶外費用支付加速他們的交易。例如，許多礦池提供免費和付費的交易加速服務通過提交其txID來加快交易打包速度。如果是付費服務，用戶需要支付服務費以補貼礦池。由於此類服務涉及通過比特幣網絡外的系統（例如通過網站、信用卡支付等）支付費用，因此被稱為帶外費用支付。

儘管帶外費用支付為無法使用RBF或CPFP的交易提供了補救措施，但長期廣泛使用可能會影響比特幣的審查阻力。

挖礦池協議

在之前的討論中，我們將礦池和礦工視為一個整體，但實際上，需要區分勞動和合作。礦池將礦工的計算能力集合起來進行挖礦，並根據計算能力的貢獻分配獎勵。這種合作過程需要一定的協調協議。

在常見的挖礦池協議中，例如Stratum v1，挖礦池只需要向礦工提供區塊模板（包括區塊標頭和coinbase交易信息），礦工根據此模板進行哈希計算。還有一些工具，例如，stratum.work，可以可視化來自各種礦池的Stratum信息。

在這個過程中，礦工無法選擇要打包的交易；相反，礦池會選擇交易並構建模板，分配任務給礦工。

因此，在 Stratum v1 協議中，我們可以將角色大致映射到以太坊生態系統如下：

• 礦工：承擔提議者的部分責任（執行哈希計算）。
• 礦池：既扮演著建立者的角色，利用礦工計算的哈希值，又是區塊的提議者。

未來會帶來什麼？

一些有前途的解決方案已經被開發出來，或正在進行中，以緩解挖礦可提取價值(MEV)對比特幣的負面影響。

新協議

在一些新的礦池協議中，比如 Stratum v2 and 辮子池礦工可以自主選擇要打包的交易。 Stratum v2已經被一些礦池（例如DEMAND）和礦機固件（例如Braiins）採用，允許個人礦工構建自己的區塊模板。這提高了數據傳輸的安全性、去中心化和效率，同時減少了比特幣交易審查和MEV風險。

因此，按照這一趨勢，礦池和礦工的未來角色可能不會以與乙太坊PBS（提議者/建造者分離）模型相同的方式演變。

此外，比特幣核心中與交易池相關的新設計可能會帶來變化，主要包括備受討論的v3交易中繼策略和集群記憶體池的增強。然而，影響這些新設計中的一些，例如閃電網絡通道退出的實施，仍在進行中討論.

降低挖礦獎勵的影響

挖礦獎勵的減少是一個重要問題。隨著區塊獎勵在未來進一步減少，這可能對網絡產生各種影響。

比特幣開發人員很早就認識到並討論了一些問題，例如費用狙擊問題，在這種情況下，礦池可能會故意重新挖掘之前的區塊以捕獲交易手續費。比特幣核心已經實施了一些措施來對抗手續費狙擊，但目前的方法還不完美。

除了本地交易費用外，另類資產也可能成為未來的可持續收入來源。因此，一些專案正試圖建立基礎設施，以更好地識別涉及另類資產的有價值交易。比如鋼筋Gate正在開發一個替代性的公共記憶池，以更好地識別具有價值的替代資產交易。

然而，正如在“帶外費用支付”部分所討論的，這些離鏈比特幣經濟激勵對比特幣的自我調節激勵兼容系統的影響還有待觀察。

無論如何，比特幣上的MEV與乙太坊相似，但由於架構和設計理念的差異，也有所不同。比特幣的實用性不斷增加，區塊補貼獎勵的減少以及BTCFi生態系統的發展將引起對MEV相關因素的更多關注。

特別感謝

謝謝 Ajian感謝審查和建議！

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